Сетевой журнал "Интернет и образование"

Визуальное моделирование логических ИГР и задач как средство развития мышления

Visual modeling of logical games and problems as means of developing thinking

Аннотация.
В данной статье в общих чертах рассматривается вопрос взаимосвязи между развитием мышления и навыками моделирования. Предлагается методический прием для изучения темы моделирования с помощью технологии мультимедийных презентаций (на примере визуального моделирования логических игр).
Ключевые слова:
Визуальное моделирование, развитие мышления

Abstract.
In given article the question of interrelation between development of thinking and skills of modeling is considered in general. Methodical way of studying a subject of modeling by means of technology of multimedia presentations (at the example of logical games visual modeling) is offered.
Key words:
Visual modeling, developing thinking

Нужно бежать со всех ног,
чтобы только оставаться на месте,
 а чтобы куда-то попасть,
надо бежать как минимум вдвое быстрее
(Льюис Кэррол, «Алиса в стране чудес»)

В нашей современной действительности повсеместно происходит ускорение информационных процессов. Не только возможности компьютерной техники, но и скорость внедрения технических и программных средств в повседневную жизнь и образовательный процесс возрастает почти по закону Мура. И это требует от нас постоянной работы по самосовершенствованию, поиску возможностей для повышения качества использования этих ресурсов.

Вопрос, рассматриваемый в данной работе, касается некоторых возможностей среды разработки мультимедийных презентаций – а именно применения их для визуального моделирования логических игр и задач с целью развития мышления учащихся. Судя по содержанию специализированных методических изданий, презентации рассматриваются в них достаточно редко, и в основном в качестве наглядных пособий или средства создания мультипликаций. Аналогичный вывод можно сделать из личного опыта наблюдения за применением презентаций учителями и учащимися (с сожалением добавив, что термин «presentation» все еще достаточно многими понимается больше как иллюстрация речевого выступления докладчика подробным текстом на экране проекции).

Упомянутый способ применения технологии презентаций (в качестве наглядных пособий и иллюстраций выступлений), на мой взгляд, составляет порядка 30% качественных возможностей данной технологии и актуализирует в основном репродуктивные способности индивида (сбор информации и организация ее в последовательность слайдов). В данной работе я хотел бы сделать акцент на возможности задействовать с помощью технологии презентаций продуктивные, творческие способности, как учащихся, так и учителей (анализ ситуации, поиск решения, логическое мышление, моделирование задач и прогнозирование результатов).

Если бы это было так, это бы ещё ничего.
Если бы, конечно, оно так и было.
Но так как это не так, так оно и не этак.
Такова логика вещей
(Льюис Кэррол, «Алиса в стране чудес»)

Возможно, это покажется банальным – напоминать о важности решения логических игр и задачразвития мышления учащихся. Однако зачастую мы, повторяя прописные истины, не задумываемся об их глубинных смыслах. Поэтому бывает полезно «освежить» собственную память, определиться заново в понимании взаимосвязей причин и их следствий, чтобы лучше понимать откуда и куда двигаться, с какой именно целью.
Мышление человека представляет собой очень сложную психофизиологическую систему, не сводимую к рефлекторным реакциям или ассоциативным процессам в коре головного мозга. Это целостное явление, происходящее постоянно и непрерывно (в режиме реального времени) на различных уровнях активности живого существа, представляющее собой систему анализа поведения и прогнозирования последствий (в работах Н.А. Бернштейна по физиологии активности такая организация деятельности ЦНС связана с принципом сенсорной коррекции и понятием рефлекторного кольца – [1]). При этом необходимо учитывать, что «течение мыслительного процесса регулируется … отраженными в сознании связями своего предметного содержания» [2] – то есть сознание стремится найти равновесие, создавая внутреннее отображение реальности (абстрактно-образную модель) и непрерывно обрабатывая поступающую информацию с целью более оптимального планирования собственных действий.

Каким образом этот механизм реализуется в процессе решения логических и игровых задач? Перед учащимся возникает проблемная ситуация, из которой необходимо найти выход (будем рассматривать учебные задачи о переправах, разъездах, переливаниях и т.д.). Далее ситуация задачи моделируются помощью наглядных образов. Затем происходит выстраивание абстрактных связей внутри ситуации (моделируются условия задачи). И следующим этапом запускается  процесс решения – проработка возможных вариантов развития (Рис. 1).

Попробуем рассмотреть, какие возможности предоставляет технология мультимедийных презентаций для развития мышления с помощью решения логических задач, в которых моделируются игровые ситуации.
Возможно, для многих учителей информатики не будет открытием применение программы создания презентаций для более продвинутых целей, чем пересказ текста с иллюстрациями к уроку. Например, дети в 5-7 классе спокойно могут продемонстрировать решение классической задачи на переправу («Волк, коза и капуста») с помощью смены слайдов, настроить анимацию, добавить эффекты и т.д. – это довольно увлекательно. А главное, что, хотя есть замечательные готовые разработки (например, виртуальные лаборатории из единой коллекции цифровых образовательных ресурсов [5]), самостоятельное проектирование задачи гораздо полезнее для развития мышления, чем отработка операционных навыков, и позволяет реализовывать деятельностный подход, активизируя продуктивную деятельность и приводя к созданию пусть и небольшого, но собственного оригинального проекта.

Вариант, предлагаемый для работы в 5-7 классах, представляет собой последовательную смену слайдов, в ходе которой визуально демонстрируется пошаговое решение задачи. Для детей этого возраста решение не будет слишком сложным, интерес поддерживается больше самой технологией. Но уже здесь важно отметить такой момент, как развитие абстрактно-образного способа мышления (конструирование объектов с помощью геометрических примитивов и манипулирование их передвижениями), который является важным этапом при переходе к более абстрактным формам учебной деятельности (в том числе изучению программирования и теоретических вопросов информатики).

Пример такой работы (Рис. 2) можно рассмотреть по ссылке в сети Интернет – «Волк, коза и капуста» [6.1]

Другое задание является, на мой взгляд, более творческое и не содержит указания на решение задачи, но зато позволяет расширить представления о возможностях применения технологии гиперссылок (материал для 8-9 классов).

Первый этап. В любом графическом редакторе, позволяющем работать со слоями, создаем из цветной картинки несколько черно-белых заготовок – так, чтобы на каждой остался небольшой цветной фрагмент (Рис. 3).

Второй этап. В программе для создания презентаций собираем заготовки в порядке, в котором они будут появляться на экране, настраиваем анимацию - и в процессе смены слайдов получится эффект мигания цветов. Пример можно рассмотреть по ссылке – смена цвета без управления. [6.2]

Третий этап. Происходит доработка описанного выше примера, но уже с учетом владения технологией гиперссылок. Модификация, которую мы опробовали с 9 классом, и вполне успешно - смена слайдов происходит не автоматически, а по щелчку на каком-то участке картинки. В результате открывается слайд, где этот участок в цвете, а все остальное изображение – черно-белое. Настраивается презентация следующим образом - участок, который должен по щелчку из черно-белого стать цветным, закрываем похожей по форме автофигурой, настраиваем ей свойства прозрачности заливки, а потом настраиваем гиперссылку на нужный слайд. Пример такой реализации можно рассмотреть по ссылке – смена цвета с управлением. [6.3]

Предыдущие примеры ценны и сами по себе, в плане развития творческих способностей, но они также являются подготовительной работой для перехода от моделирования просто верного решения к моделированию всей задачи полностью. Рассмотреть наглядно этот новый этап очень удобно с помощью все той же классической задачи про волка, козу и капусту.
Данный пример я предложил учащимся 10-11 классов в качестве самостоятельной проектной работы. Цель проекта – создать компьютерную модель, которая давала бы «игроку» возможность рассмотреть все предполагаемые варианты решения задачи, как верные, так и ошибочные. При этом модель должна быть интерактивной, то есть «реагировать» на действия «игрока» - выдавать сообщения при неверном ходе, предлагать вернуться на предыдущий шаг или начать все сначала (что требует от «разработчиков» проведения подробного разбора верных и ошибочных действий на этапах планирования игры и тестирования готовой модели).

Реализовать такую модель в виде презентации возможно с помощью технологии гиперссылок. По ходу работы будет возникать много дополнительных моментов, связанных с настройками – нужно оптимизировать количество и содержание слайдов, сделать так, чтобы слайды не менялись при нажатии указателем мыши мимо персонажа (то есть чтобы не возникал «линейный» эффект последовательного переключения слайдов), продумать вопрос перемещения персонажей в разных направлениях (с возможностью возврата, и чтобы лодку можно было перемещать от берега к берегу), добавить эффекты анимации объектов и т.д..
Учащиеся должны не просто продумать, как решить задачу правильно, они должны смоделировать все возможные варианты и пути их достижения, «прописать» их в виде гиперсвязей между слайдами.  Подобный опыт очень важен для развития мышления – поскольку в данном случае абстрактные логические связи реализуются в образной форме наглядной презентации. Данная технология не вызывает эффект аутсортинга, когда мыслительные функции (например, по моделированию связей между объектами, причинно-следственных связей) передаются компьютеру. Скорее это напоминает детский конструктор, позволяющий в виртуальном пространстве визуально воплощать абстрактно-образные модели, созданные сознанием в процессе решения задачи.

Примеры реализации задачи с переправой можно найти по следующим ссылкам –
http://arvik-bir.narod2.ru/uroki_informatiki/modelirovanie/log-igra-trushin.swf
http://arvik-bir.narod2.ru/uroki_informatiki/modelirovanie/log-igra-ivanov.swf
http://arvik-bir.narod2.ru/uroki_informatiki/modelirovanie/log-igra-vasiliev.swf   
[6.4, 6.5, 6.6]

В данной статье рассмотрена только одна задача. А точнее, на ее примере рассмотрена технология визуального моделирования и ее ценность для развития целостного мышления у учащихся. Дальнейшее развитие идеи возможно в направлении проектирования различных логических игр и задач – переливания и разъезды, «крестики-нолики», «спички» и аналогичные им [3,4].

- Скажите, пожалуйста, куда мне отсюда идти?
- А куда ты хочешь попасть? - ответил Кот.
- Мне все равно... - сказала Алиса.
- Тогда все равно, куда и идти, - заметил Кот.
- ...только бы попасть куда-нибудь, - пояснила Алиса.
- Куда-нибудь ты обязательно попадешь, - сказал  Кот. 
- Нужно только достаточно долго идти.
(Льюис Кэррол, «Алиса в стране чудес»)

Источники и материалы

1. Гиппенрейтер Ю.Б. Введение в общую психологию: курс лекций. – М.: АСТ, 2008 2. Рубинштейн С.Л. Основы общей психологии. – СПб.: Питер, 2000 3. Босова Л.Л., Босова А.Ю., Коломенская Ю.Г.
2. Занимательные задачи по информатике. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007
3. Богомолова О.Б. Логические задачи. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2009 –
4. Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов ( http://school-collection.edu.ru ) - Система виртуальных лабораторий по информатике «Задачник 2-6»

Приложения. Все перечисленные в данной работе презентации (в формате демонстраций PowerPoint) можно найти по следующим ссылкам в сети Интернет:

1. http://narod.ru/disk/25609550000/visualmodel1.pps.html    
2. http://narod.ru/disk/25609563000/visualmodel2.pps.html
3. http://narod.ru/disk/25609575000/visualmodel3.pps.html
4. http://narod.ru/disk/25609579000/visualmodel4.pps.html  
5. http://narod.ru/disk/25609582000/visualmodel5.pps.html  
6. http://narod.ru/disk/25609592000/visualmodel6.pps.html